27.07.2013 Views

Standardmodellen - alfin.dk

Standardmodellen - alfin.dk

Standardmodellen - alfin.dk

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>Standardmodellen</strong><br />

Allan Finnich 1<br />

1 Københavns Universitet, Niels Bohr Institutet<br />

(Dated: 5. april 2013)<br />

Atomos er græsk og betyder det udelelig. Det er her navnet atom stammer fra. I lang tid mente<br />

man, at alt var opbygget af atomer. Vi er i dag blevet langt klogere. Det vi nu kalder for et atom<br />

er nemlig deleligt! Men hvad best˚ar et atom s˚a af? Det er netop det som standard-modellen blandt<br />

andet forklarer.<br />

Vi vil i denne artikel se, at standard-modellen ikke alene indeholder ingredienserne - fermionerne -<br />

til al stof, men ogs˚a hvordan ingredienserne spiller sammen - bosonerne. I den forbindelse kommer vi<br />

ind p˚a leptoner, kvarker, informationsbærende partikler mm. Kort sagt vil vi i denne artikel forklare<br />

hvad standard-modellen er, hvad den indeholder og om den er fuldendt eller ej i laymans termer.<br />

HVAD TROEDE MAN I GAMLE DAGE?<br />

Vi starter i ˚ar 400 f.Kr. De græske filosoffer Leucipus<br />

og Democrius hævdede, at alt stof var lavet af usynlige<br />

partikler, som de valgte at kalde atomer.<br />

Herefter gik der faktisk ret langt tid før der skete en<br />

banebrydende udvikling. Den engelske videnskabsmand<br />

John Dalton, 1766-1844, som oftest kaldes for<br />

faderen af den moderne kemi, udvidede Leucipus og<br />

Democrius’ teori. Dalton postulerede blandt andet, at<br />

alle atomer af et givent element er ens, og som en følge<br />

heraf kunne elementer bestemmes alene ud fra deres<br />

respektive vægt.<br />

Derfra begyndte der at komme gang i opdagelserne:<br />

ELEKTRONEN OG PROTONEN: Omkring slutningen<br />

af det 19. ˚arhundrede inds˚a man, at atomer godt kan<br />

“deles” da J. J. Thomson opdagede elektronen viste han<br />

nemlig, at atomer kan brydes ned til mindre partikler. I<br />

1911 blev protonens størrelse m˚alt af Ernest Rutherford.<br />

Protonens diameter skønnes i dag til at være cirka<br />

10 −15 m.<br />

FOTONEN: Den tyske fysiker Max Planck fremsatte<br />

i 1900 hypotesen, at lys kan opfattes som sm˚a kvanter<br />

(pakker) af energi, givet ved E = hf, hvor E er<br />

energien, h er Plancks konstant (6.63 · 10 −34 Js) og f er<br />

frekvensen. Albert Einstein arbejde videre med Plancks<br />

hypotese og benyttede den i 1905 til at forklare en fotoelektriske<br />

effekt, for hvilke han modtog Nobelprisen.<br />

Disse energipakker blev i 1926 navngivet fotoner af den<br />

amerikanske fysiker Gilbert N. Lewis.<br />

NEUTRONEN: I 1932 opdagede den engelske fysiker<br />

James Chadwick eksperimentelt neutronen. Neutronens<br />

navn fandt Chadwick selv p˚a da hans forsøg viste, at<br />

de er elektriske neutrale og har cirka samme masse som<br />

protonen.<br />

For en mere detaljeret tidslinje af opdagelser kan<br />

jeg anbefale hjemmesiden http://www.davidterr.<br />

com/science-articles/particle_physics.html.<br />

HVAD ER STANDARD-MODELLEN?<br />

Alt var øjensynligt i den skønneste orden i og med at<br />

disse f˚a, men essentielle, førnævnte opdagelser kunne<br />

benyttes til at give et godt atombillede. Men der opstod<br />

problemer, da der senere blev fundet flere partikler<br />

s˚asom positronen og muonen (vi vender tilbage til<br />

disse partikler senere). Problemet bestod i, at de virkede<br />

overflødige i og med elektronen, protonen, neutronen<br />

og fotonen var nok til at opbygge det periodiske system<br />

og dermed alt stof! En større model m˚atte derfor være<br />

en nødvendighed.<br />

Startskuddet til en s˚adan model lød i 1960 og kom fra<br />

den amerikanske fysiker Sheldon Glashow. Som tiden er<br />

g˚aet er modellen blevet udviddet og er det vi i dag kalder<br />

for standard-modellen.<br />

Ingredienserne i standard-modellen er elementarpartikler,<br />

hvilket er benævnelsen for partikler, der ikke har<br />

nogen indre struktur: Det vil sige, at de ikke er opbygget<br />

af mindre partikler, s˚a vidt vi kan se, da det indtil videre<br />

ikke er muligt at se mere detaljeret end 10 −19 m. Elektronen<br />

er et klassisk eksempel p˚a en elementarpartikel.<br />

Endvidere følger elementarpartiklerne ogs˚a et sæt<br />

spilleregler. Disse spilleregler er givet ved tre fundamentale<br />

kræfter: Den elektromagnetiske kraft, den stærke kernekraft<br />

og den svage kernekraft. Vi kommer til at høre mere<br />

om disse tre fundamentale kræfter senere. Der findes<br />

dog ogs˚a en fjerde fundamental kraft - nemlig den<br />

gravitationelle kraft, men denne er endnu ikke en del af<br />

standard-modellen.<br />

Helt kort sagt er standard-modellen opskriften p˚a<br />

(næsten) alt fundamentalt i universet.<br />

ENHEDEN ELEKTRONVOLT (eV)<br />

I dagligdagen er den mest praktiske masseenhed at benytte<br />

kilogram: Prisen p˚a frugt, grønt, slik etc. udregnes


efter deres pris per kilogram. Den gængse vægtenhed<br />

for olietankere, krydstogtskibe etc. er ton eller kiloton.<br />

Kort sagt s˚a anvendes den masseenhed som der findes<br />

mest belejlig alt efter hvilket felt man beskæftiger sig<br />

med.<br />

I partikelfysikken arbejdes der med en særlig masseenhed,<br />

da enheden kilogram ikke er den mest praktiske<br />

at benytte i denne kontekst. En mere praktisk masseenhed<br />

opn˚as ved at m˚ale energi i enheden elektronvolt<br />

eV. Én elektronvolt er den mængde energi der skal til,<br />

for at føre en elektron gennem et potentiale p˚a én volt.<br />

Sammenspillet mellem joule og elektronvolt er 1 eV =<br />

1.602 · 10 −19 J. Benytter man nu Einsteins legendariske<br />

formel E = mc 2 ser vi, at masse kan udtrykkes som<br />

m = E/c 2 . Masseenheden, som derfor er indført er elektronvolt<br />

per lysets hastighed kvadreret eV/c 2 . En elektron<br />

vejer eksempelvis 0.51 MeV/c 2 = 9.11 · 10 −31 kg.<br />

Denne nye enhed for masse er den vi ogs˚a vil benytte<br />

fremover.<br />

HVAD HAR VI AF ELEMENTARPARTIKLER?<br />

Lad os nu begynde at opbygge vores liste af ingredienser<br />

- elementarpartiklerne. De partikler, som<br />

udgør standard-modellen inddeles i tre klasser: Leptoner,<br />

kvarker og kraftbærende partikler.<br />

Leptoner<br />

I standard-modellen har vi seks leptoner: Elektronen<br />

(e − ) og dens neutrino νe, muonen (µ) og dens neutrino<br />

νµ, tauen (τ) og dens neutrino ντ . Se tabel I for listen<br />

over de seks leptoner og deres egenskaber.<br />

Neutrinoer har ingen elektrisk ladning, men har masse.<br />

Før i tiden troede man, at neutrinoer var masseløse<br />

som fotoner. Massen af neutrinoer er dog i forhold til<br />

elektronen meget lille: Eksempelvis har elektronen massen<br />

0.511 MeV/c 2 og elektronneutrinoen menes at have<br />

en masse p˚a højst 2 · 10 −6 MeV/c 2 . Navnet neutrino m˚a<br />

siges at være ret passende eftersom det p˚a italiensk betyder<br />

“lille neutrale”.<br />

Antineutrinoer kan blandt andet observeres i et β − -<br />

henfald, hvor en fri neutron (n) henfalder til en proton<br />

(p), en elektron og en antielektronneutrino, hvilket vi<br />

kommer til at se senere.<br />

Kvarker<br />

Protonen og neutronen var, ifølge Dalton, Leucipus og<br />

Democrius, elementarpartikler. Men midt i 60’erne blev<br />

der fremsat en teori som hævdede, at disse partikler var<br />

opbygget af kvarker. Denne teori om kvarker har levet i<br />

bedste velg˚aende siden da, eftersom kvarkers eksistens<br />

Lepton Spin [] Ladning [e] Masse 1/c 2<br />

νe<br />

1/2 0 < 2.2 eV<br />

νµ<br />

1/2 0 < 0.17 MeV<br />

ντ<br />

1/2 0 < 15.5 MeV<br />

e − 1/2 −1 0.511 MeV<br />

µ 1/2 −1 105.7 MeV<br />

τ 1/2 −1 1.777 GeV<br />

Tabel I: Liste over de seks leptoner. De er opremset efter deres<br />

masse med de letteste øverst: S˚aledes er elektronneutrinoen<br />

νe den letteste og tauen τ er den tungeste. BEMÆRK, at<br />

neutrinoernes masse er angivet som en øvre grænse for, hvad<br />

man mener den bør være.<br />

stemmer overens med b˚ade teori og eksperimenter.<br />

I kvark-teoriens unge dage havde man tre slags (flavors)<br />

kvarker: Up-kvark (u), down-kvark (d) og strangekvark<br />

(s). Eftersom tiden er g˚aet har man fundet yderligere<br />

tre kvarker: Charm-kvark (c), top-kvark (t) og<br />

bottom-kvark (b).<br />

Endvidere har kvarker ogs˚a elektrisk ladning og det<br />

viser sig, at deres ladninger er et rationalt multiplum af<br />

elektronens ladning. I tabel II kan kvarkernes egenskaber<br />

ses.<br />

En interessant ting er, at kvarkernes masse ikke<br />

stemmer overens med massen af den partikel, som<br />

de danner. Tager vi eksempelvis massen af en proton<br />

(938.3 MeV/c 2 ) og sammenligner med summen af to upog<br />

en down-kvark (se tabel II) finder vi, at cirka 1% af<br />

kvarkernes masse udgør protonens, hvilket ikke umiddelbart<br />

hænger sammen. Forklaringen ligger i bindingsenergien<br />

gluonerne har for at holde kvarkerne sammen.<br />

Denne bindingsenergi giver ophav til den manglende<br />

masse gennem Einsteins formel E = mc 2 .<br />

Med kvarkernes tilkomst blev partikler inddelt i to<br />

klasser: Baryoner og mesoner. Hvilken klasse partiklerne<br />

tilhører afgøres af deres kvark-sammensætning.<br />

Baryoner best˚ar af tre kvarker. Eksempelvis, best˚ar en<br />

proton af to up-kvarker og en down-kvark og en neutron<br />

af to down-kvarker og en up-kvark og er s˚aledes<br />

baryoner. Der findes ogs˚a anti-baryoner, som blot er en<br />

baryon best˚aende af tre anti-kvarker. Anti-protonen (p)<br />

har s˚aledes kvarksammensætningen uud.<br />

Mesoner best˚ar af en kvark og antikvark. Et<br />

par eksempler er partiklen π + , som har kvarksammensætningen<br />

ud og K + , der best˚ar af us.<br />

For, at f˚a kvark-teorien til at passe med observationerne<br />

har man antaget, at hver type/flavor af kvarker<br />

f˚as i tre varianter - nemlig farver: Rød, grøn og bl˚a. Som<br />

en grundregel m˚a kvarkerne, partiklen er opbygget af,<br />

ikke have samme farve. Denne regel overholdes, hvis<br />

summen af alle farverne resulterer i hvid. Dog kan kvarker<br />

skifte farve som det nu engang passer dem. Disse<br />

informationer om farveskift sker via gluonerne, som er<br />

de partikler der holder kvarkerne sammen. Men fordi<br />

farvereglen skal overholdes m˚a det betyde, at en gluon<br />

2


Kvark-flavor Spin [] Ladning [e] Masse 1/c 2<br />

Up 1/2 2/3 2.4 MeV<br />

Down 1/2 − 1/3 4.8 MeV<br />

Strange 1/2 − 1/3 104 MeV<br />

Charm 1/2 2/3 1.27 GeV<br />

Bottom 1/2 − 1/3 4.2 GeV<br />

Top 1/2 2/3 171.2 GeV<br />

Tabel II: Liste over de seks flavors af kvarker. De er opremset<br />

efter deres masse med de letteste øverst: S˚aledes er<br />

Up-kvarken den letteste og Top-kvarken er den tungeste.<br />

BEMÆRK, at de individuelle kvarkers masse kun er det man<br />

mener de bør være, hvis man skal følge diverse teorier. De er<br />

ikke fastsat eksperimentelt.<br />

indeholder informationer i form af en farve-antifarve<br />

kombination. En anden konsekvens er, at hvis blot en<br />

kvark ønsker at skifte farve er det s˚aledes nødvendigt,<br />

at de resterende ogs˚a gør det, for eller brydes farvereglen.<br />

Kraftbærende partikler<br />

Vi har endnu ikke forklaret, hvordan de tre fundamental<br />

kræfter spiller sammen med partiklerne. I den<br />

forbindelse skal vi tale om de kraftbærende partikler,<br />

der er de partikler som repræsenterer spillereglerne i<br />

form af de tre fundamental kræfter.<br />

DEN ELEKTROMAGNETISKE KRAFT: Denne kraft er<br />

ansvarlig for blandt andet at binde en elektron til en<br />

proton - alts˚a den sørger for, at der findes elektriske og<br />

magnetiske til- og frastødninger. Men hvis to elektroner<br />

er i nærheden af hinanden, hvordan ved de s˚a at de skal<br />

frastøde hinanden? Hvordan bliver deres individuelle<br />

egenskaber kendt af den anden? P˚a en eller anden m˚ade<br />

m˚a der blive sendt nogle informationer af sted, s˚aledes<br />

elektronerne begge ved, at de har samme ladning og<br />

derfor skal frastøde hinanden.<br />

I den elektromagnetiske kraft, er det fotonen der<br />

er den kraftbærende partikel. Det vil sige, at n˚ar to<br />

elektroner er i nærheden af hinanden vil de udveksle<br />

informationer i form af fotoner. Figur 1 viser et<br />

Feynman-diagram over netop s˚adan en situation.<br />

Uden den elektromagnetiske kraft ville eksempelvis<br />

radiobølger ikke være mulige, da disse er opbygget af<br />

oscillerende elektriske og magnetiske felter. Kemiske<br />

reaktioner ville heller ikke være mulige, hvis ikke<br />

elektroner blev tiltrukket af kernen, da disse udelukkende<br />

sker ved en omrangering af stofferens yderste<br />

elektron(er).<br />

DEN STÆRKE KERNEKRAFT: Den stærke kernekraft<br />

er ansvarlig for, at kerner (protoner og neutroner) i<br />

atomer holdes sammen. Samtidig er det ogs˚a denne<br />

Tid<br />

e −<br />

e −<br />

γ<br />

e −<br />

e −<br />

Figur 1: Figuren viser et Feynman-diagram over situationen,<br />

hvor to elektroner frastøder hinanden. Elektronerne ved de<br />

skal frastøde hinanden, da der mellem dem bliver sendt informationer<br />

om deres respektive egenskaber via fotoner (fotoner<br />

har symbolet γ). Ved udsendelsen af fotoner ved begge<br />

elektroner, at de har samme ladning og derfor skal frastøde<br />

hinanden.<br />

fundamentalkraft, der gør, at kvarker og gluoner holdes<br />

sammen. Rækkevidden for denne fundamentalkraft er<br />

ikke særlig stor; cirka en protons diameter, hvilket er<br />

omkring 10 −15 m = 1 fm. Der er m˚aske nu grundlag<br />

for lidt forvirring eftersom gluoner ogs˚a indeholdte<br />

en farve-antifarve-kombination. Men det menes, at<br />

gluoner samtidig med en farve-antifarve-kombination<br />

ogs˚a informerer sig selv, kvarker, protoner og neutroner,<br />

om at de skal holde sammen. Gluonen er s˚aledes den<br />

stærke kernekrafts kraftbærende partikel.<br />

DEN SVAGE KERNEKRAFT: Den svage kernekraft<br />

kommer i spil i de fleste tilfælde ved partikelhenfald.<br />

Eksempelvis, det tidligere nævnte β − -henfald: En<br />

fri neutron henfalder til en proton, elektron og antielektronneutrino.<br />

Reaktionsskemaet for et β − -henfald<br />

er<br />

n = udd → p + e − + ν e − = uud + e − + ν e −.<br />

Se figur 2. Vi kan alts˚a se, at en down-kvark skifter flavor<br />

til en up-kvark. Eksperimentelt er det vist, at udsendelsen<br />

af en W − -partikel er ˚arsag til ændringen i<br />

kvarkflavoren. Endvidere har man ogs˚a fundet ud af, at<br />

W − -partiklen henfalder til netop en elektron og en antielektronneutrino.<br />

S˚a det fulde reaktionsskema for β − -<br />

henfald er<br />

n → p + W − → p + e − + ν e −.<br />

Det helt unikke ved den svage kernekraft er, at denne<br />

er den eneste af de fundamentale kræfter som giver ophav<br />

til, at kvarker kan ændre flavor, hvilket netop sker<br />

3


Tid<br />

u d u<br />

u d d<br />

W −<br />

e −<br />

νe<br />

Figur 2: Figuren viser et Feynman-diagram over et β − -<br />

henfald. Henfaldet sker ved at en down-kvark ændrer flavor<br />

til en up-kvark, og derved udsender en W − -partikel, som selv<br />

henfalder til en elektron og en antielektronneutrino.<br />

i β − -henfald. Antallet at kraftbærende partikler tilknyttet<br />

denne kraft er ogs˚a en udstikker i og med, der eksperimentelt<br />

er fundet tre: W − -, W + - og Z 0 -partiklen.<br />

W + -partiklen indg˚ar i β + -henfald, hvor energi tilføjes<br />

til et proton, som konverteres til en neutron og W + -<br />

partikel og kort efter henfalder den til en positron og<br />

elektronneutrino. Z 0 -partiklen kan blandt andet observeres<br />

i elektron-positron annihilation.<br />

Uden denne fundamentalkraft ville alt liv p˚a vores lille<br />

bl˚a planet ikke eksisterer! Dette skyldes, at den svage<br />

kernekraft er motoren i solen. Solen ville ganske simpelt<br />

ikke udsende energi i form af lys uden denne kraft.<br />

Solens lys er et resultat af den process kaldet protonproton-reaktionen,<br />

som foreg˚ar inde i kernen af solen.<br />

Higgs-partiklen<br />

Et spørgsm˚al der har plaget fysikere i mange ˚ar er, hvordan<br />

alle de partikler, som vi i dag kender til, har f˚aet<br />

deres masse. Peter Higgs, en engelsk fysiker, fremsatte<br />

i 60’erne en teori omkring, at elementarpartiklerne<br />

har f˚aet informationer omkring, at de skal have masse<br />

af en anden partikel - nemlig Higgs-partiklen. Higgspartiklen,<br />

hvis den fandtes, skulle have spin 0 og være<br />

elektrisk neutral.<br />

Datoen den 4. juli 2012 kan i denne forbindelse g˚a hen<br />

og blive en yderst stor milesten - nemlig eksperimentel<br />

evidens for Higgs-partiklen! Data fra b˚ade ATLASog<br />

CMS-detektoren viste, at der med stor sandsynlighed<br />

er observeret en partikel med masse p˚a omkring<br />

126 GeV, hvilket er indenfor det interval som man mener,<br />

at Higgs-partiklen bør ligge i. Analyserne er dog<br />

Kraftboson Spin [] Ladning [e] Masse 1/c 2<br />

Foton 1 0 0 eV<br />

Gluon 1 0 0 eV<br />

Z 0<br />

1 0 91.2 GeV<br />

W ±<br />

1 ±1 80.4 GeV<br />

H 0<br />

0 0 126 GeV<br />

Tabel III: Alle kraftbosonerne og deres egenskaber.<br />

endnu ikke fuldendte, og det lyder indtil videre stadig<br />

officielt, at der er observeret en “Higgs-like” partikel.<br />

Men der er dog en overvejende del af den akademiske<br />

verden, der mener at Higgs-partiklen med sikkerhed er<br />

observeret.<br />

STANDARD-MODELLEN<br />

P˚a nuværende tidspunkt er vi udstyret med et helt sæt<br />

partikler - nemlig leptonerne, kvarkerne og kraftbærende<br />

partikler. Det forholder sig s˚aledes, at leptonerne og<br />

kvarkerne tilhører klassen af partikler kaldet fermioner<br />

og de kraftbærende-partikler bosoner. Fermioner og bosoner<br />

adskiller sig p˚a tre væsentlige punkter.<br />

Det første er deres spin, som er hvor meget de roterer<br />

rundt om deres egen akse. Fermioner har det, som kaldes<br />

halve heltals-spin, hvor bosoner har heltals-spin. En<br />

elektron har spin 1/2, hvor er den reduceret Planckkonstant<br />

som er h/(2π). S˚a en elektron er en fermion.<br />

Det andet væsentlige punkt er, at fermioner er underlagt<br />

Paulies eksklusionsprincip, der ordret siger: “Ingen<br />

fermioner kan være i samme kvantemekaniske tilstand<br />

p˚a det samme sted”. Eksklusionsprincippet kan forklares<br />

ved, at vi forestiller os et halvt kalaha-spil. Den store<br />

fordybning repræsenterer atomkernen og de mindre<br />

fordybninger til kvantemekaniske tilstande. For at eksklusionsprincippet<br />

skal overholdes m˚a der kun ligge en<br />

glaskugle i hver fordybning! Bosoner er, i modsætning<br />

til fermioner, ikke underlagt Paulis eksklusionsprincip,<br />

hvilket præcis er princippet bag en laser.<br />

Det tredje og sidste punkt er, at alle fermioner har en<br />

tilsvarende unik antipartikel. Antipartiklerne er identiske<br />

bortset fra den elektriske ladning, der blot har<br />

modsat fortegn. Eksempelvis, er elektronens antipartikel<br />

den, førnævnte, positron. Elektronen har ladningen<br />

−e = −1.602 · 10 −19 C s˚a positronen har ladningen e. Bosoner<br />

er her noget anderledes. Disse har ogs˚a en antipartikel<br />

men i det fleste tilfælde ikke unik. En foton, eksempelvis,<br />

har spin 0 og er derfor en boson, men den er<br />

sin egen antipartikel. W + -partiklen, som er en af de tre<br />

kraftbærende partikler for den svage kernekraft, er ogs˚a<br />

en boson, da den har spin 1 , men dens antipartikel er<br />

W − -partiklen. Ergo har den en unik antipartikel, men er<br />

en boson.<br />

Vi samler nu tr˚adene: Alle de fermioner vi har beskrevet,<br />

leptonerne og kvarkerne, er netop de ingredi-<br />

4


enser, som udgør al masse. De har alle spin 1/2 . Kraftbosonerne<br />

er de elementarpartikler, som fortæller hvordan<br />

fermionerne skal spille sammen i henhold til de tre<br />

førnævnte fundamental kræfter og Higgs-bosonen, der<br />

giver partikler masse. Alle kraftbosoner har spin 1 p˚a<br />

nær Higgs-bosonen, som har spin 1 .<br />

I figur 3 kan standard-modellen ses. Hver elementarpartikel<br />

har hver en boks, hvori dens masse, elektriske<br />

ladning og spin er angivet, samt dens navn og symbol.<br />

u<br />

Masse → 2.4 MeV<br />

Ladning → 2/3<br />

Spin → 1/2<br />

Navn →<br />

Kvarker<br />

Leptoner<br />

Up<br />

1/2d Down<br />

4.8 MeV<br />

-1/3<br />

νe<br />

< 2.2 eV<br />

0<br />

1/2<br />

Elektron<br />

neutrino<br />

e<br />

0.511 MeV<br />

−1<br />

1/2<br />

Generationer<br />

af fermioner<br />

I II III<br />

Elektron<br />

1.27 GeV<br />

2/3<br />

1/2<br />

c<br />

Charm<br />

104 MeV<br />

-1/3<br />

1/2 s<br />

Strange<br />

νµ<br />

< 0.17 MeV<br />

0<br />

1/2<br />

Muon<br />

neutrino<br />

µ<br />

105.7 MeV<br />

−1<br />

1/2<br />

Muon<br />

171.2 GeV<br />

2/3<br />

1/2<br />

t<br />

Top<br />

1/2b<br />

4.2 GeV<br />

-1/3<br />

Bottom<br />

< 15.5 MeV<br />

0<br />

1/2<br />

ντ<br />

Tau<br />

neutrino<br />

τ<br />

1.777 GeV<br />

−1<br />

1/2<br />

Tau<br />

0 eV<br />

0<br />

1<br />

γ<br />

Foton<br />

0 eV<br />

0<br />

1 g<br />

Gluon<br />

Z 0<br />

91.2 GeV<br />

0<br />

1<br />

Svag kraft<br />

boson<br />

W ±<br />

80.4 GeV<br />

±1<br />

1<br />

Svag kraft<br />

boson<br />

H 0<br />

126 GeV<br />

0<br />

0<br />

Higgs<br />

Kraftbosoner<br />

Figur 3: Billedet viser standard-modellen. Fermionerne (kvarker<br />

(lilla) og leptoner (grøn)) er organiseret efter “generationer”,<br />

hvilket er en opdeling efter deres masse, og<br />

derved ogs˚a deres stabilitet. Kolonnen yderst til højre er<br />

de kraftbærende-partikler/kraftbosoner (rød). BEMÆRK:<br />

“Massen” af standard-modellens elementarpartikler er alle angivet<br />

i energi.<br />

En vigtig ting her at bemærke er, at massen af standardmodellens<br />

elementarpartikler alle angivet i energi. Det<br />

er s˚aledes underforst˚aet, at der skal deles med lysets hastighed<br />

kvadreret for at udregne massen.<br />

Organiseringen af fermionerne (kvarker (lilla) og leptoner<br />

(grøn)) i standard-modellen er efter “generationer”,<br />

som blot er en organisering efter deres vægt.<br />

Første generation er de letteste osv. Men denne organisering<br />

fortæller ogs˚a, hvad der er de mest stabile, idet en<br />

partikel vil henfalde hurtigere jo tungere den er. Ergo er<br />

første generation de partikler som dem i anden og tredje<br />

generation vil henfalde til med tiden. Kraftbosonerne<br />

(rød) er samlet i en kolonne for sig selv.<br />

ER DER S ˚A SLET INGEN HULLER I<br />

STANDARD-MODELLEN?<br />

Et af de sidste skridt til at kunne hæve standardmodellen<br />

til at være en opskrift p˚a absolut alt fundamentalt<br />

i universet, er at finde en kraftbærende-partikel<br />

der repræsenterer den gravitationelle kraft. Men p˚a det<br />

atomare plan, er denne kraft den svageste af de fire fundamentalkræfter.<br />

I partikelfysikken er den s˚a svag, at<br />

man faktisk ser bort fra den. Derfor har man indtil videre<br />

ikke kunnet bevise eksperimentelt, hvordan eksempelvis<br />

planeter ved, at de skal holde sammen eller generelt<br />

hvorfra legemer ved at de skal tiltrækkes af hinanden.<br />

Men hvis teorien skal holde stik er den gravitationelle<br />

kraft repræsenteret ved en boson, kaldet gravitonen,<br />

som skal have spin 2, være elektrisk neutral og<br />

masseløs. Den er dog endnu ikke fundet, da man endnu<br />

ikke ved, hvordan den kan observeres eksperimentelt.<br />

Som det ser ud i dag er standard-modellen en samling<br />

af elementarpartikler, der er opskriften p˚a næsten<br />

alt fundamentalt i universet.<br />

FORESL ˚AET VIDERE LÆSNING OG KILDER<br />

[1] University Physics with modern physics, Young and Freedman,<br />

12. udgave, Pearson Addison Wesley.<br />

[2] University Physics Revised edition, Harris Benson, John<br />

Wiley & sons.<br />

[3] Introduction to elementary particles, David J. Griffiths, John<br />

Wiley & sons.<br />

[4] Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, 2. udgave,<br />

John Wiley & sons.<br />

[5] http://public.web.cern.ch/public/en/Science/<br />

StandardModel-en.html.<br />

[6] http://public.web.cern.ch/public/en/Science/<br />

Higgs-en.html.<br />

[7] http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_Model.<br />

5

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!